Способ биологической очистки сточных вод Российский патент 2023 года по МПК C02F3/32 C12N1/12 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к области биологической очистки сточных вод. Способ включает доочистку сточных вод пищевого производства с применением микроводорослей. Сточные воды смешивают с микроводорослями в пропорции 3:7, затем процесс очистки интенсифицируется воздействием слабым электрическим полем при плотности тока I = 0,03 А/см² и напряжении U = 4 В.

Известен способ биологической очистки сточных вод (МПК C02F 3/32, патент № 2683522 C1, РФ, Опубл.: 28.03.2019), который включает обработку воды в аэротенках, при этом, перед вводом, воду разбавляют очищенной водой 1:3, затем вводят микроводоросли Chlorella Vulgaris, смесь аэрируют, а процесс очистки интенсифицируют воздействием лучей света с длиной волны 450-650 нм и дозированием до 50 мл 2%-ного раствора сахарозы.

Недостатком способа является низкая степень очистки сточных вод от фосфатов и дополнительные затраты на раствор сахарозы.

Известен способ биологической доочистки сточных вод (МПК C02F 3/32, патент № 2541451 C1, РФ, Опубл.: 10.02.2015), включающий биологическую очистку путем применения водорослей, отличающийся тем, что очищенные сточные воды направляют в систему доочистки сточных вод, предусматривающую культивирование водоросли Spirulina platensis в бассейнах.

Недостатком способа является низкая степень очистки сточных вод от нитритов.

Наиболее близким является способ биологической очистки водных растворов (МПК C02F 3/32, 2197438 C1, РФ, Опубл.: 27.02.2003), заключающийся в обработке водных растворов штаммом микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР N С-Ш при нагрузке 10⁷-10⁹ кл./л.

Недостатком способа является низкая степень очистки сточных вод от нитритов и аммонийного азота.

Техническая проблема

Предлагаемое изобретение призвано решить проблему биологической доочистки сточных вод, за счет использования микроводорослей и воздействия электрического поля.

Технический результат достигается за счет обработки микроводорослей электрическим полем, которое положительно влияет на скорость роста, размер клеток микроводорослей и их жизнеспособность, и способствует увеличению выхода биомассы. Сущность данного механизма объясняется тем, что действие электрического поля повышает проницаемость клеточной мембраны микроводорослей, что приводит к увеличению скорости поступления питательных веществ в клетку.

Краткое описание фигур

На прилагаемых к описанию фигурах дано:

фигура 1 - установка по электростимуляции микроводорослей, где 1 - стеклянный цилиндр, 2 - смесь микроводорослей со сточной водой, 3 и 4 - графитовые электроды, 5 - погружная люминесцентная лампа, 6 - нагреватель для поддержания постоянной температуры, 7 - распылитель аэратора.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения: сточные воды смешивают с суспензией микроводорослей 3:7, плотность суспензии микроводорослей 10 млн кл./мл, после чего данную смесь обрабатывают током при напряжении 4 В и плотности тока 0,03 А/см² каждые сутки в течение 2 часов. Электростимуляцию клеток осуществляли следующим образом: пару графитовых электродов цилиндрической формы (l = 20 cм; r = 0,65 см), выполненных в виде стержней, на которые с помощью потенциостата Programmable DC power supply RS-6005P задавались напряжение и постоянная сила тока, опускали в воду вертикально на 10 см в глубину. Расстояние между электродами равнялось 7 см. Данные значения тока рассчитывали, основываясь на исследовании [см. Стоянов Артем Вячеславович. Способы ускорения процессов электрохимической фиторемедиации тяжелых металлов из сточных вод: диссертация на соискание степени кандидата технических наук: 02.00.05 / Стоянов Артем Вячеславович; [Место защиты: Сарат. гос. техн. ун-т]. - Саратов, 2011.- 183 с.]. Расчет проводили следующим образом: измеряли длину электрода, затем рассчитывали его площадь (площадь цилиндра S = 84,3 см²). Затем, используя оптимальное значение тока из литературных источников - 0,00024 А/см², умножали полученное значение площади на 0,00024 А/см², тем самым получая I = 0,03 А/см².

Стоки, смешанные с микроводорослями, аэрируют с интенсивностью аэрации - 2,5 л/мин, для освещения используют погружную люминесцентную лампу мощностью 6 Вт (красно-синий спектр), с интенсивностью освещения 700 лк. Температура поддерживается постоянная и равняется 26±1°С. Накопленную биомассу удаляют центрифугированием или сепарацией. Общая продолжительность очистки 6 суток.

Примеры реализации:

Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW - штамм одноклеточной зеленой водоросли. Штамм обладает высокой пластичностью в отношении культивирования как в водоемах, так и в производственных культиваторах. Для культивирования штамма не требуется создания условий стерильности. Культивирование ведется как в помещении, так и под открытым небом.

Первоначальная концентрация загрязняющих веществ в сточной воде:

PO₄^3- - 7,6 мг/л; NH₄⁺ - 20,6 мг/л; NO₂^- - 1,8 мг/л; SO₄^2- - 47,1 мг/л. Очистка проводилась в стеклянных цилиндрах объемом 5 литров, при освещении погружной люминесцентной лампой мощностью 6 Вт (красно-синий спектр) и постоянной температуре 26±1°С. По завершении процесса очистки измеряли показатели загрязнений. Электрическим полем обрабатывали две емкости, третья без обработки, она служила контролем. Полученные результаты представлены в таблице 1, где Э, % - эффективность очистки.

Таблица - 1 № Наименование показателя (в сточной воде) С, мг/л до очистки С, мг/л после очистки (0,02 А/см²)/Э, % С, мг/л после очистки (0,03 А/см²)/Э, % С, мг/л после очистки (контроль)/Э, % Методика измерений 1 PO₄^3- 7,6 2,9/61 3,6/56 3,6/52 ПНД Ф 14.1:2:4.248-07 2 NH₄⁺ 20,6 1,9/90 1,6/91 5,1/75 ПНД Ф 14.1:2:4.262-10 3 NO₂^- 1,8 0,16/91 0,18/90 0,12/94 ПНД Ф 14.1:2:4.3-95 4 SO₄^2- 47,1 16,8/66 17,7/62 20,8/56 ПНД Ф 14.1:2.159-2000

Пример 1

Контрольная емкость. Сточные воды смешивают с суспензией микроводорослей 3:7, плотность суспензии микроводорослей 10 млн кл. /мл Стоки, смешанные с микроводорослями, аэрируют с интенсивностью аэрации - 2,5 л/мин, интенсивностью освещения 700 лк, при температуре 26±1°С. Процесс проводят без обработки электрическим полем.

Накопленную биомассу удаляют центрифугированием или сепарацией. Общая продолжительность очистки 6 суток.

Пример 2.

Сточные воды смешивают с суспензией микроводорослей 3:7, плотность суспензии микроводорослей 10 млн кл./мл, после чего данную смесь обрабатывают током при напряжении 4 В и плотности тока 0,02 А/см² каждые сутки в течение 2 часов. Стоки, смешанные с микроводорослями, аэрируют с интенсивностью аэрации - 2,5 л/мин, интенсивность освещения - 700 лк, температура - 26±1°С. Накопленную биомассу удаляют центрифугированием или сепарацией. Общая продолжительность очистки 6 суток.

Пример 3.

Сточные воды смешивают с суспензией микроводорослей 3:7, плотность суспензии микроводорослей 10 млн кл./мл, после чего данную смесь обрабатывают током при напряжении 4 В и плотности тока 0,03 А/см² каждые сутки в течение 2 часов. Стоки, смешанные с микроводорослями, аэрируют с интенсивностью аэрации - 2,5 л/мин, интенсивность освещения - 700 лк, температура - 26±1°С. Накопленную биомассу удаляют центрифугированием или сепарацией. Общая продолжительность очистки 6 суток.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам биологической очистки сточных вод и позволяет провести биологическую доочистку сточных вод пищевого производства за счет использования микроводорослей и воздействия электрического поля. Способ заключается в том, что сточные воды смешивают с суспензией микроводоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 в пропорции 3:7, смесь освещают с интенсивностью 700 лк, аэрируют воздухом с интенсивностью 2,5 л/мин и нагревают до постоянной температуры 26±1°С, затем процесс очистки интенсифицируют воздействием слабого электрического поля при плотности тока I=0,03 А/см² и напряжении U=4 В. Обработка током проводится каждые сутки в течение 2 часов. Техническим результатом изобретения является уменьшение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ биологической доочистки сточных вод пищевого производства с применением микроводорослей, отличающийся тем, что сточные воды смешивают с суспензией микроводоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 в пропорции 3:7, смесь освещают с интенсивностью 700 лк, аэрируют воздухом с интенсивностью 2,5 л/мин и нагревают до постоянной температуры 26±1°С, затем процесс очистки интенсифицируют воздействием слабого электрического поля при плотности тока I=0,03 А/см² и напряжении U=4 В, при этом обработка током проводится каждые сутки в течение 2 часов.